JPWO2015129183A1

JPWO2015129183A1 - 太陽電池モジュール

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Publication number: JPWO2015129183A1
Application number: JP2016505028A
Authority: JP
Inventors: 祐石黒; 幸弘吉嶺; 淳平入川
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2015-02-12
Publication date: 2017-03-30
Anticipated expiration: 2035-02-12
Also published as: EP3113233A4; EP3113233A1; WO2015129183A1; US10930807B2; US20160359064A1; JP6583828B2

Abstract

太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池１１と、太陽電池１１の受光面側に設けられた第１保護部材１２と、太陽電池１１の裏面側に設けられた第２保護部材１３と、当該各保護部材の間に設けられ太陽電池１１を封止する封止層３０と、特定波長の光を吸収してより長波長の光に変換する波長変換物質３３とを備える。波長変換物質３３は、封止層３０の太陽電池１１よりも第２保護部材１３側に位置する裏面側領域３２であって、太陽電池１１同士の間隙に対応する間隙領域３２ｘに少なくとも含有されており、波長変換物質３３の濃度は、太陽電池１１の裏面と第２保護部材１３とに挟まれた領域よりも、間隙領域３２ｘで高くなっている。

Description

本開示は、太陽電池モジュールに関する。

特定波長の光を吸収してより長波長の光に変換する波長変換物質を備えた太陽電池モジュールが知られている。かかる太陽電池モジュールによれば、入射光のうち発電に対する寄与が少ない波長域の光を発電に対する寄与が大きな波長域の光に変換することが可能である。例えば、特許文献１は、保護ガラスと太陽電池との間に、波長変換物質を含有しない第１の封止層と、波長変換物質を含有する第２の封止層とを備えた太陽電池モジュールを開示している。

ＷＯ２０１１／１４８９５１

ところで、太陽電池モジュールでは、入射光の利用効率を改善して、光電変換効率を向上させることが求められている。また、太陽電池モジュールは、光電変換効率が高いだけでなく、見栄えが良く意匠性に優れることが望まれている。

本開示に係る太陽電池モジュールは、複数の太陽電池と、太陽電池の受光面側に設けられた第１保護部材と、太陽電池の裏面側に設けられた第２保護部材と、当該各保護部材の間に設けられ太陽電池を封止する封止層と、特定波長の光を吸収してより長波長の光に変換する波長変換物質とを備え、当該波長変換物質は、封止層の太陽電池よりも第２保護部材側に位置する裏面側領域であって、太陽電池同士の間隙に対応する間隙領域に少なくとも含有されており、波長変換物質の濃度は、太陽電池の裏面と第２保護部材とに挟まれた領域よりも、間隙領域で高い。

本開示に係る太陽電池モジュールによれば、入射光の利用効率を改善して、光電変換効率を向上させることができる。また、本開示に係る太陽電池モジュールは、例えば見栄えが良く意匠性に優れる。

第１実施形態である太陽電池モジュールの断面図である。図１のＡ部拡大図である。図１のＢ部拡大図である。第１実施形態である封止層の断面図である。第１実施形態の変形例を示す図である。第２実施形態である封止層の断面図である。第２実施形態である封止層における光の透過率と波長との関係を示す図である。

以下、図面を参照しながら、実施形態の一例について詳細に説明する。
実施形態において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは、現物と異なる場合がある。具体的な寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

本明細書において、太陽電池モジュール及び太陽電池の「受光面」とは光が主に入射する面を意味し（５０％超過〜１００％の光が受光面から入射する）、「裏面」とは受光面と反対側の面を意味する。また、「第１の部材上に第２の部材を設ける」等の記載は、特に限定を付さない限り、第１及び第２の部材が直接接触して設けられる場合のみを意図しない。即ち、この記載は、第１及び第２の部材の間に他の部材が存在する場合を含む。

＜第１実施形態＞
以下、図１〜図５を参照しながら、第１実施形態である太陽電池モジュール１０について詳細に説明する。図１は太陽電池モジュール１０の断面図、図２は図１のＡ部拡大図である。図３は、図１のＢ部拡大図であって、比較として従来の構造を右に示す。図３では、各保護部材、導線１４、及び太陽電池１１の電極を省略している。図４は、封止層３０の断面図である。図４においても導線１４を省略している。図３及び図４では、説明の便宜上、波長変換物質３３を○で示す。図５は、本実施形態の変形例を示す図である。

図１に示すように、太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池１１と、太陽電池１１の受光面側に設けられた第１保護部材１２と、太陽電池１１の裏面側に設けられた第２保護部材１３とを備える。太陽電池１１は、第１保護部材１２及び第２保護部材１３により挟持されると共に、各保護部材の間に設けられた封止層３０により封止されている。詳しくは後述するように、封止層３０の裏面側領域３２のうち、少なくとも太陽電池１１同士の間隙に対応する間隙領域３２ｘには、特定波長の光を吸収してより長波長の光に変換する波長変換物質３３が含有されている。即ち、波長変換物質３３は、間隙領域３２ｘのみに含有されていてもよいし、裏面側領域３２の略全域に含有されていてもよい。後者の場合、波長変換物質３３の濃度を、太陽電池１１の裏面と第２保護部材１２とに挟まれた領域（隠れ領域３２ｙ）よりも、間隙領域３２ｘで高くする。前者の場合、隠れ領域３２ｙにおける波長変換物質３３の濃度は０％であるから、波長変換物質３３の濃度は、当然に隠れ領域３２ｙよりも間隙領域３２ｘで高くなる。封止層３０は、充填剤層（充填剤）とも呼ばれる。

本実施形態では、複数の太陽電池１１が略同一平面上に配置されている。隣り合う太陽電池１１同士は、導線１４によって直列に接続され、これにより太陽電池１１のストリングが形成される。導線１４は、隣り合う太陽電池１１の間でモジュールの厚み方向に曲がり、一方の太陽電池１１の受光面と他方の太陽電池１１の裏面とに接着剤等を用いてそれぞれ取り付けられる。導線１４の一部は、ストリングの端から延出して、出力用の配線材（図示せず）に接続される。当該配線材は、例えば第２保護部材１３の裏側に引き出されて端子ボックス（図示せず）に引き込まれる。

太陽電池１１、第１保護部材１２、第２保護部材１３、及び封止層３０は、太陽電池パネル１５を構成する。太陽電池パネル１５は、上記のように太陽電池１１のストリングが各保護部材により挟まれた板状体であって、例えば平面視（受光面に対して垂直な方向から見た場合）において略矩形形状を有する。第２保護部材１３は、例えば太陽電池パネル１５の側面１５ａまで回り込み、側面１５ａを覆っていてもよい。側面１５ａとは、太陽電池パネル１５の厚み方向に沿った面である。

第１保護部材１２には、例えばガラス基板や樹脂基板、樹脂フィルム等の透光性を有する部材を用いることができる。これらのうち、耐火性、耐久性等の観点から、ガラス基板を用いることが好ましい。ガラス基板の厚みは特に限定されないが、好ましくは２ｍｍ〜６ｍｍ程度である。

第２保護部材１３には、第１保護部材１２と同じ透明な部材を用いてもよいし、不透明な部材を用いてもよい。本実施形態では、第２保護部材１３として樹脂フィルムを用いる。樹脂フィルムは特に限定されないが、好ましくはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムである。水分透過性を低くする等の観点から、樹脂フィルムには、シリカ等の無機化合物層や、裏面側からの光の入射を想定しない場合にはアルミニウム等の金属層が形成されていてもよい。樹脂フィルムの厚みは特に限定されないが、好ましくは１００μｍ〜３００μｍ程度である。

太陽電池モジュール１０は、太陽電池パネル１５の端縁部に取り付けられるフレーム１６を備えることが好適である。フレーム１６は、太陽電池パネル１５の端縁部を保護すると共に、太陽電池モジュール１０を屋根等に設置する際に利用される。フレーム１６は、例えばステンレスやアルミニウム等の金属製であって、中空構造の本体部と、太陽電池パネル１５の端縁部が嵌め込まれる凹部とを有する。フレーム１６の凹部と太陽電池パネル１５との隙間には、例えばシリコーン樹脂系接着剤等の接着剤１７が充填される。

図２に示すように、太陽電池モジュール１０は、太陽電池パネル１５の側面１５ａを覆って設けられた反射体１８を備えることが好適である。反射体１８は、波長変換物質３３により波長変換された光を反射し、太陽電池パネル１５の端縁部から抜ける光をパネル内に閉じ込めて太陽電池１１に入射する光を増加させる役割を果たす。一般的に、反射体１８は、波長変換された光以外の光も反射する。特定波長の光を吸収した波長変換物質３３は等方的に発光するため、反射体１８の設置は、波長変換物質３３を備えた太陽電池モジュール１０において特に有効である。

反射体１８は、側面１５ａの略全域を覆うと共に、太陽電池パネル１５の端縁部に位置する第１保護部材１２の受光面及び第２保護部材１３の裏面を覆うことが好適である。但し、各保護部材上における反射体１８の設置は、フレーム１６に覆われた部分に限定することが好ましい。反射体１８は、例えば白色顔料等を含有する樹脂シートであり、太陽電池パネル１５の端縁部に貼り付けられる。或いは、太陽電池パネル１５の端縁部又はフレーム１６の凹部に白色ペイントを用いて塗膜を形成し、当該塗膜を反射体１８としてもよい。また、接着剤１７に白色顔料等を添加し、反射体１８として機能させてもよい。

図３に示すように、太陽電池１１は、太陽光を受光することでキャリアを生成する光電変換部２０を備える。光電変換部２０は、生成したキャリアを収集する電極として、光電変換部２０の受光面上に形成される受光面電極と、裏面上に形成される裏面電極とを有する（いずれも図示せず）。各電極には、導線１４が電気的に接続される。但し、太陽電池１１の構造はこれに限定されず、例えば光電変換部２０の裏面上のみに電極が形成された構造であってもよい。なお、裏面電極は受光面電極よりも大面積に形成されることが好ましく、電極面積が大きい方の面（又は電極が形成される面）が太陽電池１１の「裏面」であるといえる。

光電変換部２０は、例えば半導体基板２１と、当該基板上に形成された非晶質半導体層２２，２３と、当該非晶質半導体層上に形成された透明導電層２４，２５とを有する。半導体基板２１を構成する半導体としては、結晶系シリコン（ｃ‐Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウム燐（ＩｎＰ）等が例示できる。非晶質半導体層２２，２３を構成する非晶質半導体としては、ｉ型非晶質シリコン、ｎ型非晶質シリコン、ｐ型非晶質シリコン等が例示できる。透明導電層２４，２５は、酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物に、錫（Ｓｎ）やアンチモン（Ｓｂ）等をドープした透明導電性酸化物から構成されることが好ましい。

本実施形態では、半導体基板２１にｎ型単結晶シリコン基板を適用する。光電変換部２０は、ｎ型単結晶シリコン基板の受光面上にｉ型非晶質シリコン層、ｐ型非晶質シリコン層、透明導電層２４が順に形成され、基板の裏面上にｉ型非晶質シリコン層、ｎ型非晶質シリコン層、透明導電層２５が順に形成された構造を有する。或いは、ｐ型非晶質シリコン層がｎ型単結晶シリコン基板の裏面側に、ｎ型非晶質シリコン層が基板の受光面側にそれぞれ形成されていてもよい。即ち、光電変換部２０は、光学ギャップが互いに異なる半導体同士の接合（ヘテロ接合）を有する。ヘテロ接合を形成する非晶質シリコン層（厚み：数ｎｍ〜数十ｎｍ）は、一般的に波長６００ｎｍ以下の光を吸収する。

詳しくは後述するように、封止層３０に含有される波長変換物質３３は、ヘテロ接合層である非晶質半導体層２２，２３のバンドギャップ以上のエネルギーを持つ波長の光を吸収して波長変換することが好適である。

以下、図３及び図４を適宜参照しながら、封止層３０の構成についてさらに詳説する。

封止層３０は、各保護部材と太陽電池１１との間に設けられ、太陽電池１１に水分等が接触することを防止する役割を果たす。封止層３０は、少なくとも裏面側領域３２の間隙領域３２ｘに波長変換物質３３を含有する。図３及び図４に示すように、本実施形態では、受光面側領域３１及び裏面側領域３２の隠れ領域３２ｙにも波長変換物質３３が含有されている。また、太陽電池パネル１５の端縁部、即ちストリングの端に位置する太陽電池１１と太陽電池パネル１５の側面１５ａとの間にも、波長変換物質３３を含有することが好適である。

ここで、受光面側領域３１とは、封止層３０の太陽電池１１よりも第１保護部材１２側に位置する領域である。裏面側領域３２とは、封止層３０の太陽電池１１よりも第２保護部材１３側に位置する領域である。間隙領域３２ｘとは、裏面側領域３２において、太陽電池１１同士の間隙に対応する領域である。隠れ領域３２ｙとは、裏面側領域３２において、太陽電池１１の裏面と第２保護部材１３とに挟まれた領域である。封止層３０の各領域、特に裏面側領域３２における波長変換物質３３の好適な濃度分布については後述する。

封止層３０は、受光面側領域３１を構成する樹脂シート（以下「樹脂シート３１」という）と、裏面側領域３２を構成する樹脂シート（以下「樹脂シート３２」という）とを用いて、後述のラミネート工程により形成されることが好適である。図４では、受光面側領域３１と裏面側領域３２との界面を明示しているが、樹脂の種類やラミネート工程の条件によっては当該界面が確認できない場合がある。

封止層３０を構成する樹脂は、各保護部材及び太陽電池１１に対する密着性が良く、水分を透過し難いものが好ましい。具体的には、炭素数２〜２０のαオレフィンから選ばれる少なくとも１種を重合して得られるオレフィン系樹脂（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンとその他のαオレフィンとのランダム又はブロック共重合体など）、エステル系樹脂（例えば、ポリオールとポリカルボン酸又はその酸無水物・低級アルキルエステルとの重縮合物など）、ウレタン系樹脂（例えば、ポリイソシアネートと活性水素基含有化合物（ジオール、ポリオールリオール、ジカルボン酸、ポリカルボン酸、ポリアミン、ポリチオール等）との重付加物など）、エポキシ系樹脂（例えば、ポリエポキシドの開環重合物、ポリエポキシドと上記活性水素基含有化合物との重付加物など）、αオレフィンとカルボン酸ビニル、アクリル酸エステル、又はその他ビニルモノマーとの共重合体などが例示できる。

これらのうち、特に好ましくはオレフィン系樹脂（特に、エチレンを含む重合体）、及びαオレフィンとカルボン酸ビニルとの共重合体である。αオレフィンとカルボン酸ビニルとの共重合体としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）が特に好ましい。

封止層３０の厚みは、特に限定されないが、好ましくは受光面側領域３１、裏面側領域３２のそれぞれの厚みが１００〜６００μｍ程度である。太陽電池モジュール１０の構造や用途（使用環境）によっても異なるが、一般的に好ましくは受光面側領域３１に高架橋密度樹脂を用い、裏面側領域３２に低架橋密度の樹脂又は非架橋性の樹脂を用いる。

封止層３０の屈折率は、波長変換物質３３を含有する領域において、第１保護部材１２の最外層の屈折率よりも高くすることが好適である。即ち、第１保護部材１２がガラス基板である場合、封止層３０の屈折率をガラス表面の屈折率よりも高くすることが好適である。封止層３０の屈折率は、例えば樹脂成分の組成を適宜変更することにより調整可能である。特定波長の光を吸収した波長変換物質３３は等方的に発光するため、ガラスを透過してパネルから抜ける光も存在するが、当該屈折率の調整により、ガラス表面における全反射成分が増加して当該光の抜けを抑制することができる。

波長変換物質３３は、上記のように、特定波長の光を吸収して当該波長を変換する物質であって、発電に対する寄与の少ない波長域の光を発電に対する寄与が大きな波長域の光に変換する。波長変換物質３３は、例えば３８０ｎｍより短波長の光である紫外線を吸収して、より長波長（例えば、４００〜８００ｎｍ）の光に変換する。この場合、波長変換物質３３は、紫外線による構成材料の劣化抑制にも寄与する。

波長変換物質３３は、紫外線を吸収して可視光を発光するものが好ましいが、可視光又は赤外光を吸収するものであってもよい。一般的に、波長変換物質３３は、短波長の光をより長波長の光に変換するが、長波長の光をより短波長の光に変換する所謂アップコンバージョン発光を起こすものであってもよい。好ましい変換波長は、太陽電池１１の種類によって変化する。

太陽電池１１がヘテロ接合層を有する場合、上記のように、波長変換物質３３は、ヘテロ接合層のバンドギャップ以上のエネルギーを持つ波長の光を吸収して波長変換することが好適である。即ち、波長変換物質３３は、ヘテロ接合層に吸収される波長の光を変換することが好適である。本実施形態では、ヘテロ接合層である非晶質半導体層２２，２３が吸収する波長λαの光αを吸収して、当該半導体層に吸収されない波長λβの光βに変換可能な波長変換物質３３を用いることが好ましい（図３参照）。λαは、例えば６００ｎｍ以下である。一方、このような波長変換物質３３が存在しない封止層１００を用いた場合は、光αの一部は非晶質半導体層２２，２３に吸収される。

波長変換物質３３の具体例としては、半導体ナノ粒子（量子ドット）、発光性金属錯体、有機蛍光色素等が挙げられる。半導体ナノ粒子としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）、リン化インジウム（ＩｎＰ）等のナノ粒子が例示できる。発光性金属錯体としては、〔Ｉｒ（ｂｑｎ）₃〕（ＰＦ₆）₃、〔Ｉｒ（ｄｐｂｐｙ）₃〕（ＰＦ₆）₃等のＩｒ錯体、〔Ｒｕ（ｂｑｎ）₃〕（ＰＦ₆）₃、〔Ｒｕ（ｂｐｙ）₃〕（ＣｌＯ₄）₂等のＲｕ錯体、〔Ｅｕ（ＦＯＤ）₃〕ｐｈｅｎ、〔Ｅｕ（ＴＦＡ）₃〕ｐｈｅｎ等のＥｕ錯体、〔Ｔｂ（ＦＯＤ）₃〕ｐｈｅｎ、〔Ｔｂ（ＨＦＡ）₃〕ｐｈｅｎ等のＴｂ錯体などが例示できる。有機蛍光色素は、ローダミン系色素、クマリン系色素、フルオレセイン系色素、ペリレン系色素等が例示できる。

以下、封止層３０の各領域における波長変換物質３３の好適な濃度分布について詳説する。本実施形態では、１種類の波長変換物質３３を用いるものとする。以下では、波長変換物質３３の濃度を「ρ₃₃」とする。

裏面側領域３２におけるρ₃₃は、間隙領域３２ｘと隠れ領域３２ｙとで異なる（図４参照）。これにより、例えば波長変換物質３３の利用効率を向上させることができる。裏面側領域３２の略全域に波長変換物質３３が含有される場合、隠れ領域３２ｙよりも間隙領域３２ｘでρ₃₃を高くする。即ち、裏面側領域３２において波長変換物質３３の濃度勾配が存在し、間隙領域３２ｘに波長変換物質３３が偏在していることが好適である。また、太陽電池パネル１５の端縁部におけるρ₃₃は、例えば間隙領域３２ｘにおけるρ₃₃と略同一とすることができる。

間隙領域３２ｘにおけるρ₃₃＞隠れ領域３２ｙにおけるρ₃₃とすべき理由は、間隙領域３２ｘと隠れ領域３２ｙにおける入射光量の違いにある。即ち、隠れ領域３２ｙは、受光面側から見ると太陽電池１１に隠れた領域であって光の入射量が少ない領域である。一方、間隙領域３２ｘは、受光面側に太陽電池１１が存在しないため、光の入射量が多い領域である。ゆえに、波長変換物質３３を間隙領域３２ｘに偏在させることは、高価な波長変換物質３３を効率良く利用する上で重要である。これにより、波長変換物質３３の使用量を抑えながら、波長変換効率を高めることができる。

また、太陽電池モジュール１０の意匠性向上の観点からも、波長変換物質３３を間隙領域３２ｘに偏在させることが好適である。即ち、太陽電池１１が存在する領域と、太陽電池１１同士の間隙に位置する領域とでは、色彩上のコントラストが大きくなるため、波長変換物質３３を間隙領域３２ｘに偏在させることで当該コントラストを低減する。この場合、太陽電池１１の反射光に近い波長の光に変換可能な波長変換物質３３を用いることが好適である。例えば、太陽電池１１が青色（反射光が青色）である場合、波長３８０ｎｍ以下の紫外線を吸収して、青色に近い波長（例えば、４５０〜４９０ｎｍ）に変換する波長変換物質３３を用いる。

裏面側領域３２では、間隙領域３２ｘに近づくほどρ₃₃を次第に又は段階的に高くしてもよい。また、裏面側領域３２の厚み方向に波長変換物質３３の濃度勾配が存在してもよい。波長変換物質３３は、例えば第２保護部材１３に隣接する領域よりも、太陽電池１１（受光面側領域３１）に隣接する領域に多く含まれていてもよく、第２保護部材１３に近づくほどρ₃₃を次第に又は段階的に低くしてもよい。

具体的に、間隙領域３２ｘにおけるρ₃₃は、波長変換物質３３が半導体ナノ粒子や発光性金属錯体等の無機系化合物である場合、間隙領域３２ｘの総重量に対して０．１〜１５重量％であることが好ましく、１．５〜１０重量％であることがより好ましい。波長変換物質３３が有機蛍光色素等の有機系化合物である場合は、間隙領域３２ｘの総重量に対して０．０２〜２．０重量％であることが好ましく、０．０５〜０．８重量％であることがより好ましい。隠れ領域３２ｙにおけるρ₃₃は、波長変換物質３３が無機系化合物である場合、隠れ領域３２ｙの総重量に対して０〜５重量％であることが好ましく、０〜２重量％であることがより好ましい。波長変換物質３３が有機系化合物である場合は、隠れ領域３２ｙの総重量に対して０〜０．５重量％であることが好ましく、０〜０．１重量％であることがより好ましい。

受光面側領域３１におけるρ₃₃は、例えば略均一である。或いは、波長変換物質３３は、太陽電池１１に隣接する領域よりも、第１保護部材１２に隣接する領域に多く含まれていてもよく、第２保護部材１３に近づくほどρ₃₃を次第に又は段階的に低くしてもよい。

受光面側領域３１におけるρ₃₃と間隙領域３２ｘにおけるρ₃₃は、互いに略同一であってもよいし、異なっていてもよい。光電変換効率向上の観点からは、受光面側領域３１におけるρ₃₃≧間隙領域３２ｘにおけるρ₃₃とすることが好ましい。上記コントラストを低減して見栄えを改良するために、受光面側領域３１におけるρ₃₃≦間隙領域３２ｘにおけるρ₃₃としてもよい。いずれの場合も、受光面側領域３１におけるρ₃₃、間隙領域３２ｘにおけるρ₃₃＞隠れ領域３２ｙにおけるρ₃₃とすることが好ましい。

なお、封止層３０には、波長変換物質３３の他に、紫外線吸収物質や酸化防止剤、難燃剤等が添加されていてもよい。裏面側からの光の入射を想定しない場合には、裏面側領域３２に酸化チタン等の顔料が添加されていてもよい。紫外線吸収物質は、３８０ｎｍより短波長の光である紫外線を選択的に吸収する物質であって、波長変換物質３３のような波長変換機能を有さない。紫外線吸収物質の具体例としては、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾフェノン系化合物、サリシレート系化合物、シアノアクリルレート系化合物、ニッケル系化合物、トリアジン系化合物等が挙げられる。

上記構成を備えた太陽電池モジュール１０は、導線１４により接続された太陽電池１１のストリングを、第１保護部材１２、第２保護部材１３、及び封止層３０を構成する樹脂シートを用いてラミネートすることにより製造できる。ラミネート装置では、例えばヒーター上に、第１保護部材１２、樹脂シート３１、太陽電池１１のストリング、樹脂シート３２、第２保護部材１３が順に積層される。この積層体は、例えば真空状態で１５０℃程度に加熱される。その後、大気圧下でヒーター側に各構成部材を押し付けながら加熱を継続し、樹脂シートの樹脂成分を架橋させることにより、太陽電池パネル１５が得られる。最後に、反射体１８、端子ボックス、フレーム１６等を太陽電池パネル１５に取り付けて太陽電池モジュール１０が得られる。

裏面側領域３２における波長変換物質３３の上記濃度勾配は、例えば樹脂シート３２として、波長変換物質３３の含有量が異なる複数の樹脂シートを用いることにより形成できる。具体例としては、波長変換物質３３を多く含む樹脂シート（樹脂シートＸとする）と、樹脂シートＸよりも波長変換物質３３の含有量が少ない又は波長変換物質３３を含有しない樹脂シート（樹脂シートＹとする）とを用いる。そして、ラミネート工程において、樹脂シートＸを間隙領域３２ｘとなる部分に配置し、樹脂シートＹを隠れ領域３２ｙとなる部分に配置する。

或いは、受光面側領域３１からの波長変換物質３３の拡散を利用する方法も挙げられる。例えば、波長変換物質３３を含有する樹脂シート３１と、樹脂シート３１よりも波長変換物質３３の含有量が少ない又は波長変換物質３３を含有しない樹脂シート３２を用いる。これらをラミネートすることにより、樹脂シート３１から樹脂シート３２の間隙領域３２ｘとなる部分に波長変換物質３３が拡散して、裏面側領域３２における波長変換物質３３の上記濃度勾配が得られる。

以上のように、上記構成を備えた太陽電池モジュール１０によれば、入射光の利用効率を改善して、光電変換効率を向上させることができる。即ち、太陽電池モジュール１０では、特に封止層３０の裏面側領域３２における波長変換物質３３の濃度分布を工夫することで、波長変換物質３３の効率的な利用を可能にした。波長変換物質３３を裏面側領域３２の間隙領域３２ｘに偏在させることにより、裏面側領域３２に波長変換物質３３を含有しない場合、また裏面側領域３２に波長変換物質３３が均一に含有される場合に比べて、入射光を有効に利用することができる。

さらに、太陽電池１１の反射光に近い波長の光を発光する波長変換物質３３を間隙領域３２ｘに添加することで、太陽電池１１が存在する領域と、太陽電池１１同士の間隙に位置する領域とにおける色彩上のコントラストを低減することができる。これにより、見栄えが良く意匠性に優れた製品が得られる。

なお、図５に示すように、間隙領域３６ｘのみに波長変換物質３３が含有された構成であってもよい。図５に示す例では、波長変換物質３３は、受光面側領域３５及び裏面側領域３６の隠れ領域３６ｙに略含有されていない。即ち、波長変換物質３３の濃度は、隠れ領域３６ｙにおいて略０％である。この場合、波長変換物質３３は、ストリングの端に位置する太陽電池１１と太陽電池パネル１５の側面１５ａとの間にも、間隙領域３６ｘと略同一の濃度で含有されていることが好ましい。当該構成は、特に上記コントラストの低減による意匠性の向上を目的とするものである。

＜第２実施形態＞
以下、図６を参照しながら、第２実施形態について詳細に説明する。図６は、図４と同様の封止層５０の断面図である。図７は、封止層５０における光の透過率と波長との関係を示す図である。図７では、比較として第１波長変換物質３３ａ、第２波長変換物質３３ｂの各々のみを含有する封止層の場合を右に示す。以下では、第１実施形態との相違点を主に説明するものとし、第１実施形態と同様の構成要素には同じ符号を用いて重複する説明を省略する。

第２実施形態は、封止層５０の構成が、第１実施形態の封止層３０と異なる。具体的には、封止層５０に２種類の第１波長変換物質３３ａ、第２波長変換物質３３ｂが含有されている点で、１種類の波長変換物質３３を含有する封止層３０と異なる。第２波長変換物質３３ｂは、第１波長変換物質３３ａよりも長波長の光を吸収して波長変換する物質である。

第１波長変換物質３３ａ及び第２波長変換物質３３ｂは、少なくとも最大吸収波長が互いに重なっていないことが好ましい。また、少なくとも第１波長変換物質３３ａの最大発光波長と、第２波長変換物質３３ｂの最大吸収波長とが重なっていないことが好ましい。勿論、第２波長変換物質３３ｂにより吸収される紫外線等を第１波長変換物質３３ａが略吸収せず、且つ第１波長変換物質３３ａにより波長変換された光を第２波長変換物質３３ｂが略吸収しないことが特に好ましい。

第１波長変換物質３３ａ及び第２波長変換物質３３ｂは、上記の関係を満たす組み合わせであれば個々の物質は特に限定されず、例えば波長変換物質３３と同様の物質を用いることができる。好適な組み合わせの例としては、第１波長変換物質３３ａにペリレン系色素を用い、第２波長変換物質３３ｂにフルオレセイン系色素を用いることが挙げられる。第１波長変換物質３３ａ及び第２波長変換物質３３ｂには、互いに同種の物質（例えば、ペリレン系色素）であって波長変換特性（吸収波長、発光波長）が異なるものを適用してもよい。

図６に示す例では、第１波長変換物質３３ａが受光面側領域５１に含有されており、第２波長変換物質３３ｂが裏面側領域５２に含有されている。裏面側領域５２における第２波長変換物質３３ｂの濃度は、隠れ領域５２ｙよりも間隙領域５２ｘで高くなっている。また、第１波長変換物質３３ａの一部が裏面側領域５２に含有されていてもよいし、第２波長変換物質３３ｂの一部が受光面側領域５１に含有されていてもよい。第１波長変換物質３３ａの一部が裏面側領域５２に含有される場合、第１波長変換物質３３ａは、隠れ領域５２ｙよりも間隙領域５２ｘに多く含まれることが好適である。

図７に示すように、２種類の第１波長変換物質３３ａ、第２波長変換物質３３ｂを用いることで、例えば発電に対する寄与が少なく構成材料を劣化させる紫外線の変換効率が向上する。第１波長変換物質３３ａのみを含有する封止層の場合は、例えば可視域に近い紫外線を十分に変換できない場合がある。一方、第２波長変換物質３３ｂのみを含有する封止層の場合は、例えば短波長の紫外線の一部を変換することが困難である。第１波長変換物質３３ａと第２波長変換物質３３ｂを併用することにより、両者を単独で用いた場合の不都合を解消することができる。

第１波長変換物質３３ａの濃度（以下、「ρ_33a」とする）は、受光面側領域５１において、第２波長変換物質３３ｂの濃度よりも高いことが好適である。また、第２波長変換物質３３ｂの濃度（以下、「ρ_33b」とする）は、裏面側領域５２において、第１波長変換物質３３ａの濃度よりも高いことが好適である。長波長の光を変換する第２波長変換物質３３ｂは、第１波長変換物質３３ａと比べて短波長の光によりダメージを受け易いが、当該濃度分布とすることより、第２波長変換物質３３ｂの劣化を抑制することができる。即ち、第１波長変換物質３３ａが第２波長変換物質３３ｂを劣化させる短波長の光を変換することにより、第２波長変換物質３３ｂが保護される。第１波長変換物質３３ａが変換できない長波長の光は、裏面側領域５２に多く含まれる第２波長変換物質３３ｂによって変換することができる。

具体的に、受光面側領域５１におけるρ_33aは、第１波長変換物質３３ａが無機系化合物である場合、受光面側領域５１の総重量に対して０．１〜１５重量％であることが好ましく、１．５〜１０重量％であることがより好ましい。第１波長変換物質３３ａが有機系化合物である場合は、受光面側領域５１の総重量に対して０．０２〜２．０重量％であることが好ましく、０．０５〜０．８重量％であることがより好ましい。受光面側領域５１におけるρ_33bは、第２波長変換物質３３ｂが無機系化合物である場合、裏面側領域５１の総重量に対して０〜１．５重量％であることが好ましく、０〜０．１重量％であることがより好ましい。第２波長変換物質３３ｂが有機系化合物である場合は、裏面側領域５１の総重量に対して０〜０．０５重量％であることが好ましく、０〜０．０２重量％であることがより好ましい。

裏面側領域５２におけるρ_33aは、第１波長変換物質３３ａが無機系化合物である場合、裏面側領域５２の総重量に対して０〜１．５重量％であることが好ましく、０〜０．１重量％であることがより好ましい。第１波長変換物質３３ａが有機系化合物である場合は、裏面側領域５２の総重量に対して０〜０．０５重量％であることが好ましく、０〜０．０２重量％であることがより好ましい。裏面側領域５２の間隙領域５２ｘにおけるρ_33bは、第２波長変換物質３３ｂが無機系化合物である場合、間隙領域５２ｘの総重量に対して０．１〜１５重量％であることが好ましく、１．５〜１０重量％であることがより好ましい。第２波長変換物質３３ｂが有機系化合物である場合は、間隙領域５２ｘの総重量に対して０．０２〜２．０重量％であることが好ましく、０．０５〜０．８重量％であることがより好ましい。

なお、第１波長変換物質３３ａの発光波長と、第２波長変換物質３３ｂの吸収波長との重なりが大きいものを使用する必要がある場合は、上述の濃度分布を逆にしてもよい。即ち、この場合は、受光面側領域５１においてρ_33a＜ρ_33bとし、裏面側領域５２においてρ_33a＞ρ_33bとすることにより、二重の波長変換を抑制して波長変換効率を高めることができる。

本実施形態では、２種類の第１波長変換物質３３ａ、第２波長変換物質３３ｂを用いる場合を例示したが、３種類以上の波長変換物質を用いてもよい。

１０太陽電池モジュール、１１太陽電池、１２第１保護部材、１３第２保護部材、１４導線、１５太陽電池パネル、１５ａ側面、１６フレーム、１７接着剤、１８反射体、２０光電変換部、２１半導体基板、２２，２３非晶質半導体層、２４，２５透明導電層、３０，５０，１００封止層、３１，３５，５１受光面側領域、３２，３６，５２裏面側領域、３３波長変換物質、３３ａ第１波長変換物質、３３ｂ第２波長変換物質、３２ｘ，３６ｘ，５２ｘ間隙領域、３２ｙ，３６ｙ，５２ｙ隠れ領域

Claims

複数の太陽電池と、
前記太陽電池の受光面側に設けられた第１保護部材と、
前記太陽電池の裏面側に設けられた第２保護部材と、
前記各保護部材の間に設けられ、前記太陽電池を封止する封止層と、
特定波長の光を吸収してより長波長の光に変換する波長変換物質と、
を備え、
前記波長変換物質は、前記封止層の前記太陽電池よりも前記第２保護部材側に位置する裏面側領域であって、前記太陽電池同士の間隙に対応する間隙領域に少なくとも含有されており、
前記波長変換物質の濃度は、前記太陽電池の前記裏面と前記第２保護部材とに挟まれた領域よりも、前記間隙領域で高い、太陽電池モジュール。
前記波長変換物質は、第１波長変換物質と、前記第１波長変換物質よりも長波長の光を吸収して波長変換する第２波長変換物質とを含み、
前記第１波長変換物質の濃度は、前記封止層の前記太陽電池よりも前記第１保護部材側に位置する受光面側領域において、前記第２波長変換物質の濃度よりも高く、
前記第２波長変換物質の濃度は、前記裏面側領域において、前記第１波長変換物質の濃度よりも高い、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
前記波長変換物質は、前記特定波長の光よりも前記太陽電池の反射光に近い波長の光に変換する、請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
前記太陽電池は、ヘテロ接合層を含み、
前記波長変換物質は、前記ヘテロ接合層のバンドギャップ以上のエネルギーを持つ波長の光を吸収して波長変換する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
前記封止層の前記波長変換物質を含有する領域の屈折率は、前記第１保護部材の最外層の屈折率よりも高い、請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
前記太陽電池、前記第１保護部材、前記第２保護部材、及び前記封止層から構成される太陽電池パネルの側面を覆って設けられ、前記波長変換材料により波長変換された光を反射する反射体を備えた、請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。